丛集性头痛发病机制是患者头痛时，头颅外动脉扩张现象，因此传统上列为血管性偏头痛特殊类型。但本头痛与内分泌紊乱无明显关系，更年期发作不见减少，发作时血浆中5-羟色胺并不减少。所以要与其他血管性头痛鉴别。
（1）偏头痛
开始表现为一侧眶上、眶后或额颞部位的钝痛，强度增长时具有搏动性质，尔后持续为一种剧烈的固定痛，并扩展至整个半侧头部，甚至上颈部。患者面色苍白，常伴有恶心，呕吐，头痛通常为一整天，常为睡眠所终止。头痛前往往有前驱症状，且多为双侧性，一般在青春期发病，多有家族史。血中组织胺稍有增高而五羟色胺（5-HT）显著降低。
（2）自发性蛛网膜下腔出血所致的头痛
为急性发作的剧烈头痛，病人常诉如“撕裂样”疼痛。多无明确定位，可以双额、顶、枕或满头痛。疼痛可放射至一侧或双侧颈部，出现颈项强直。部分病人可伴有精神错乱、惊厥、颅神经（多为动眼神经）痹麻，甚至出现意识障碍。头颅CT或腰穿可明确诊断。
（3）脑出血所致的头痛
发病之初多见头痛，但往往迅速出现意识障碍和偏瘫。结合病史和CT检查，诊断不难，
（4）未破裂动脉瘤与动静脉畸形所致的头痛
在未破裂出血前，头痛并不常见。动脉瘤可引起同侧额部或眼眶胀痛，动静脉畸形弓起的头痛常位于病灶同侧。多数患者可伴有颅神经麻痹、肢体瘫痪、癫痫、头部听诊有时可闻及血管杂音等。部分患者既往有蛛网膜下腔出血史。需行CT、MRI、DSA检查，进一步明确诊断。
（5）缺血性脑血管病所致的头痛
脑血栓形成多无头痛，但脑拴塞引起的头痛较常见。TIA可出现头痛，并伴有感觉和运动障碍。头痛多见于额部，颈部和枕部。可位于病变同侧或对侧，多为搏动性头痛。
（6）高血压动脉硬化性头痛
多发生在额部或枕部，以早晨较重。高血压脑病则表现为剧烈的搏动性头痛，伴有恶心呕吐等症状。可根据病人血压、眼底检查、测定血脂和尿中儿茶酚胺含量等作出诊断。
（7）颞动脉炎
早期在颞动脉处有红、肿、热、痛的皮肤表现，动脉增粗，甚至搏动消失。常位于颞部和眼眶周围，有时可弥漫到额部或枕部，为剧烈的持续性搏动性疼痛，并伴有烧灼感，咀嚼可诱发和加重疼痛。常伴有发热、肌肉疼痛、瘦倦、视力障碍和其他神经系统的表现。